JPS626773A - セラミツクと金属との接合構造 - Google Patents
セラミツクと金属との接合構造Info
- Publication number
- JPS626773A JPS626773A JP60146246A JP14624685A JPS626773A JP S626773 A JPS626773 A JP S626773A JP 60146246 A JP60146246 A JP 60146246A JP 14624685 A JP14624685 A JP 14624685A JP S626773 A JPS626773 A JP S626773A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- shaft
- ceramic
- metal
- brazing
- modulus
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Landscapes
- Standing Axle, Rod, Or Tube Structures Coupled By Welding, Adhesion, Or Deposition (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はターボチャージャや〃スタービンのタービン軸
などに適用できるセラミックと金属との接合構造の改良
に関する。
などに適用できるセラミックと金属との接合構造の改良
に関する。
（従来の技術）
内燃機関の吸気を過給して機関出力の向上をはかるもの
としてターボチャージャが知られており、かつ広く採用
されている。
としてターボチャージャが知られており、かつ広く採用
されている。
ターボチャーツヤは機関の排気エネルギを利用して吸気
を過給するもので、排気タービンと同軸に吸気コンプレ
ッサが取付けられている。排気タービンは高温の排気γ
スにさらされるため、高い耐熱性が要求される。そこで
この排気タービンを耐熱性の高いセラミックなどで製作
することがあるが、この場合排気タービンと吸気コンプ
レッサとを結合するタービン軸は、回転振動や曲げに対
して高い強度を確保しなければならないことから、セラ
ミックとは異なり強じんな金属軸が用いられる。そして
このセラミックのタービンホイールと金属のタービン軸
とは、「ろう付け」により結合されてる（特開昭５９−
１１１９８４号公報参照）。
を過給するもので、排気タービンと同軸に吸気コンプレ
ッサが取付けられている。排気タービンは高温の排気γ
スにさらされるため、高い耐熱性が要求される。そこで
この排気タービンを耐熱性の高いセラミックなどで製作
することがあるが、この場合排気タービンと吸気コンプ
レッサとを結合するタービン軸は、回転振動や曲げに対
して高い強度を確保しなければならないことから、セラ
ミックとは異なり強じんな金属軸が用いられる。そして
このセラミックのタービンホイールと金属のタービン軸
とは、「ろう付け」により結合されてる（特開昭５９−
１１１９８４号公報参照）。
これを第３図により説明すると、ラノアルタービンホイ
ール１はハブ部２の外周に複数のブレード３が配設され
、かつハブ部２と同心的にホイール軸部４がセラミック
の成型加工などにより一体形成されたもので、このホイ
ール軸部４に対して金属軸５が同心的に接合される。金
属軸５とホイール軸部４とはろう付けにより直接的に接
合されており、６がろう付け界面をあられしている。
ール１はハブ部２の外周に複数のブレード３が配設され
、かつハブ部２と同心的にホイール軸部４がセラミック
の成型加工などにより一体形成されたもので、このホイ
ール軸部４に対して金属軸５が同心的に接合される。金
属軸５とホイール軸部４とはろう付けにより直接的に接
合されており、６がろう付け界面をあられしている。
（発明が解決しようとする問題、α）
ところがこのようにセラミックの軸部と金属の軸部とを
直接的にろう付けする場合、セラミックと金属との熱膨
張率が異なる（セラミック：約３×１０６、金属：約１
０Ｘ１０’）ため、高温でろう付けした後に温度が常温
に戻ると残留応力が発生し、とくに−＆属の剛性が高い
場合、脆性材料であるセラミックは接合付近の軸部外周
において、金属軸部の収縮力にもとづき、比較的小さな
外力が加わっただけでもクラックが入りやすいという傾
向があった。
直接的にろう付けする場合、セラミックと金属との熱膨
張率が異なる（セラミック：約３×１０６、金属：約１
０Ｘ１０’）ため、高温でろう付けした後に温度が常温
に戻ると残留応力が発生し、とくに−＆属の剛性が高い
場合、脆性材料であるセラミックは接合付近の軸部外周
において、金属軸部の収縮力にもとづき、比較的小さな
外力が加わっただけでもクラックが入りやすいという傾
向があった。
本発明はこのような問題を解決することを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
そこで本発明は、セラミック軸と金属軸とをろう付け接
合するものにおいて、セラミック軸と金属軸との開にこ
れらよりもヤング率の小さい材質からなる金属の短軸を
介在させて両者間をろう付けしたものである。
合するものにおいて、セラミック軸と金属軸との開にこ
れらよりもヤング率の小さい材質からなる金属の短軸を
介在させて両者間をろう付けしたものである。
このようにセラミック軸と金属軸との間にヤング率の小
さい金属を介在させたので、高温でろう付けした後の収
縮率の差によるひずみを、低ヤング率の短軸が吸収して
セラミック軸に発生する残留応力を低減することができ
る。
さい金属を介在させたので、高温でろう付けした後の収
縮率の差によるひずみを、低ヤング率の短軸が吸収して
セラミック軸に発生する残留応力を低減することができ
る。
（実施例）
第１図は本発明の第１の実施例を示すものである。
セラミック軸１０と金属軸１１との接合端面には、低ヤ
ング率の金属として例えばステンレスや銅などの焼結合
金からなる短軸１２を介在させ、この短軸１２の両面を
それぞれろう付げによりセラミック軸１０と金属軸１１
とに接合する。１３と１３°はこのろう付け界面をあら
れす。焼結合金の短軸１２はセラミック軸１０や一＆属
袖１１と同径に形成され、袖方向艮は熱ひずみを吸収す
るのに最小必要限な値に設定される。
ング率の金属として例えばステンレスや銅などの焼結合
金からなる短軸１２を介在させ、この短軸１２の両面を
それぞれろう付げによりセラミック軸１０と金属軸１１
とに接合する。１３と１３°はこのろう付け界面をあら
れす。焼結合金の短軸１２はセラミック軸１０や一＆属
袖１１と同径に形成され、袖方向艮は熱ひずみを吸収す
るのに最小必要限な値に設定される。
セラミック軸１０と金属軸１１との熱膨張率は前述した
ように、約３Ｘ１０ ’と１０ＸｉＯ’であり、この
大きな熱膨張差によりろう付け後の冷却時に大きな残留
応力がかかる。
ように、約３Ｘ１０ ’と１０ＸｉＯ’であり、この
大きな熱膨張差によりろう付け後の冷却時に大きな残留
応力がかかる。
仮に軸径を１５φとしてろう付け時の凝固開始温度を６
５０℃とすると、これが常温２０℃まで低下したときの
、接合層面の半径方向への収縮量の差δＬで示すと、次
のようになる。
５０℃とすると、これが常温２０℃まで低下したときの
、接合層面の半径方向への収縮量の差δＬで示すと、次
のようになる。
δＬ＝１５／２Ｘ（６５０−２（１）Ｘ（１（＞−３）
ＸＩＯ’＝３，３１Ｘ１０ ２ｍｍ そしてセラミックのヤング率はＳ ｒ３Ｎ 、の場合で
約３ Ｘ １０ ’Ｋｇ／ ｍｍ２、また鉄扇の金属は
約２゜１Ｘ １０ ’Ｋｇ／ ｍｍ２と剛性が高く、互
いに変形しにくいため、セラミック軸１０と金属軸１１
とを直接的に接合すると、接合部分においてこのような
収縮量の差によって大きな残留応力が発生するのである
。
ＸＩＯ’＝３，３１Ｘ１０ ２ｍｍ そしてセラミックのヤング率はＳ ｒ３Ｎ 、の場合で
約３ Ｘ １０ ’Ｋｇ／ ｍｍ２、また鉄扇の金属は
約２゜１Ｘ １０ ’Ｋｇ／ ｍｍ２と剛性が高く、互
いに変形しにくいため、セラミック軸１０と金属軸１１
とを直接的に接合すると、接合部分においてこのような
収縮量の差によって大きな残留応力が発生するのである
。
しかしこのように剛性の高いセラミック軸１０と金属軸
１１との開に剛性の低い材料である焼結合金の短軸１２
（焼結合金のヤング率は例えばステンレスの場合は約１
．５−２ Ｘ ｉ ０３Ｋｇ／’ｎ＋ｍ２、銅の場合１
．ｔ １ 、３ Ｘ １０３Ｋｇ／ＬＩ１ｍ２）ヲ介在
ｔ’ｅルと、熱膨張差によるひずみを低ヤング率の焼結
合金の変形により吸収することができ、冷却後にセラミ
ック軸１０に作用する残留応力を著しく低減させられ・
る。焼結合金のヤング率は通常の鉄系の金属の約１／１
０と低く、剛性が小さいため非常に変形しやすい、なお
、熱膨張率そのものは焼結化の前後を問わずほとんど変
わらない。
１１との開に剛性の低い材料である焼結合金の短軸１２
（焼結合金のヤング率は例えばステンレスの場合は約１
．５−２ Ｘ ｉ ０３Ｋｇ／’ｎ＋ｍ２、銅の場合１
．ｔ １ 、３ Ｘ １０３Ｋｇ／ＬＩ１ｍ２）ヲ介在
ｔ’ｅルと、熱膨張差によるひずみを低ヤング率の焼結
合金の変形により吸収することができ、冷却後にセラミ
ック軸１０に作用する残留応力を著しく低減させられ・
る。焼結合金のヤング率は通常の鉄系の金属の約１／１
０と低く、剛性が小さいため非常に変形しやすい、なお
、熱膨張率そのものは焼結化の前後を問わずほとんど変
わらない。
この結果セラミック軸１０にかかる残留応力が低減して
、外部からの衝撃に対しての耐久性が高まり、クラック
などの発生を可及的に防止することができる。
、外部からの衝撃に対しての耐久性が高まり、クラック
などの発生を可及的に防止することができる。
次ぎに第２図の実施例を説明すると、これはセラミック
軸゛１０と金属軸１１とを連結する短軸１２の、それぞ
れに対してのろう付け条件を良好にするために、短軸１
２の両面にメッキや蒸着により金属接着層１４．１５を
形成したものである。
軸゛１０と金属軸１１とを連結する短軸１２の、それぞ
れに対してのろう付け条件を良好にするために、短軸１
２の両面にメッキや蒸着により金属接着層１４．１５を
形成したものである。
金属接着層１４．１５はそれぞれセラミック軸１０と金
属軸１１の材質に対応してろう付けしやすくなる金属で
別々に形成される。
属軸１１の材質に対応してろう付けしやすくなる金属で
別々に形成される。
またこのことは、短軸１２を構成する焼結合金を多種多
層の金属で形成し、接合端面にそれぞれろう付げに有利
な金属層を配置するようにしてもよい。
層の金属で形成し、接合端面にそれぞれろう付げに有利
な金属層を配置するようにしてもよい。
（発明の効果）
以」二のように本発明は、セラミック軸と金属軸との開
にこれらよりもヤング率の小さい材質からなる金属の短
軸を介在させて両者間をろう付けしたので、高温でろう
付けした後の収縮率の差によるひずみを低ヤング率の短
軸が吸収し、セラミック軸に発生する残留応力をきわめ
て容易にかつ低コストに低減することができ、セラミッ
ク軸の耐久性の向上がはかれるという効果を生じる。
にこれらよりもヤング率の小さい材質からなる金属の短
軸を介在させて両者間をろう付けしたので、高温でろう
付けした後の収縮率の差によるひずみを低ヤング率の短
軸が吸収し、セラミック軸に発生する残留応力をきわめ
て容易にかつ低コストに低減することができ、セラミッ
ク軸の耐久性の向上がはかれるという効果を生じる。
第１図は本発明のｔＪＳｌの実施例を示す断面図、＃＆
２図は第２の実施例を示す断面図、第３図は従来例の断
面図である。 １０・・・セラミック軸、１１・・・金属軸、１２・・
・短軸、１４．１５・・・金属接着層。 ン １２（大乞牽白） 第２図 図面の浄届゛（内容に変更なし） 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６０年特許願第１４６２４６号 ２、発明の名称 セラミックと金属との接合構造 ３、補正をする者
２図は第２の実施例を示す断面図、第３図は従来例の断
面図である。 １０・・・セラミック軸、１１・・・金属軸、１２・・
・短軸、１４．１５・・・金属接着層。 ン １２（大乞牽白） 第２図 図面の浄届゛（内容に変更なし） 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６０年特許願第１４６２４６号 ２、発明の名称 セラミックと金属との接合構造 ３、補正をする者
Claims (1)
- セラミック軸と金属軸とをろう付け接合するものにおい
て、セラミック軸と金属軸との間にこれらよりもヤング
率の小さい金属からなる短軸を介在させて両者間をろう
付けしてなるセラミックと金属との接合構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60146246A JPS626773A (ja) | 1985-07-03 | 1985-07-03 | セラミツクと金属との接合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60146246A JPS626773A (ja) | 1985-07-03 | 1985-07-03 | セラミツクと金属との接合構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS626773A true JPS626773A (ja) | 1987-01-13 |
Family
ID=15403394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60146246A Pending JPS626773A (ja) | 1985-07-03 | 1985-07-03 | セラミツクと金属との接合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS626773A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4959258A (en) * | 1987-12-28 | 1990-09-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Joined metal-ceramic assembly method of preparing the same |
-
1985
- 1985-07-03 JP JP60146246A patent/JPS626773A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4959258A (en) * | 1987-12-28 | 1990-09-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Joined metal-ceramic assembly method of preparing the same |
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